День погружения по теме "Электрический ток в жидкостях"

Разделы: Физика, Химия

Проведение Дней погружения в школе нацелено на решение следующих задач:

- обобщение и систематизация учебного материала с использованием межпредметных связей;

- углубление знаний по теме и расширение круга вопросов практического применения изучаемых явлений;

- профориентационное обучение и воспитание;

- развитие коммуникативных навыков.

Дни погружения подразумевают проведение уроков физики и химии в течение полного учебного дня.

Представленный материал может быть использован при подготовке ко дню погружения в профильных классах физико-химического направления, либо для проведения научно-практической конференции в общеобразовательных классах.

РАСПИСАНИЕ ДНЯ ПОГРУЖЕНИЯ:

1 урок (мотивационный) - “Практическое применение электролиза” - выступление учащихся с докладами и сообщениями

2 урок (обобщения и систематизации) - “Электролитическая диссоциация. Ток в электролитах” - урок демонстрация учителей химии и физики

3 урок (практического применения знаний) - Лабораторная работа “Определение электрохимического эквивалента меди”

4 урок (контроля и коррекции знаний) - Компьютерное тестирование по теме “Электрический ток в жидкостях”

5 урок (практического применения знаний) - Решение задач различной степени трудности

ОТБОР СОДЕРЖАНИЯ:

Химия Физика
1. Сущность электролитической диссоциации, ее механизм 1. п.п. 1 – 6 из раздела “Химия”
2. Понятие об электролитах и не электролитах, строение их молекул 2. Электрохимический эквивалент
3. Понятие о строении и составе иона 3. Закон Фарадея
4. Объяснение причины электролитической диссоциации вещества в растворе и расплаве 4. Зависимость сопротивления жидкого проводника от температуры, площади пластин, расстояния между ними, концентрации
5. Сущность электролиза и область его практического применения
6. Понятие о гальваническом элементе 5. Вольтамперная характеристика жидких проводников. Особенности электропроводности электролитов
7. Сущность электрохимической коррозии металлов, меры борьбы с ней
8. Представление об электрохимическом ряде напряжений металлов 6. Практическое применение электролиза

УРОК 1

Тема урока “Практическое применение электролиза” (подготовленные доклады и сообщения учащихся)

Цель урока: Пробудить интерес учащихся к изучаемой теме, познакомить с применением электролиза в промышленности, технике, представить предприятия Дмитровского района, использующие электролиз в производстве

Темы докладов:

  1. Алюминиевая вилка – привилегия короля. Небесный металл
  2. Получение меди и алюминия, водорода и кислорода
  3. Рафинирование меди
  4. Электролиз в офсетной печати (особенности технологического процесса Дмитровской фабрики офсетной печати)
  5. Гальванопластика и гальваностегия
  6. Электрохимические методы обработки
  7. Антикоррозийное покрытие
  8. Электролитическая полировка
  9. Электролитические конденсаторы
  10. Получение тяжелой воды
  11. Экономному хозяину: получение серебра из отработанного фиксажа
  12. Рыболову: как посеребрить блесну
  13. Человеческий организм – электролит. Как избежать поражения электрическим током

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ УЧАЩИХСЯ:

  1. Энциклопедический словарь юного физика
  2. Энциклопедический словарь юного техника
  3. Детская энциклопедия, т. 3
  4. Детская энциклопедия, т. 5
  5. Элементарный учебник физики под ред. Г.С. Ландсберга, т. 2
  6. Кинофильм “Электролиз и его применение в технике”

УРОК 2

1 часть урока - ЛЕКЦИЯ УЧИТЕЛЯ ХИМИИ С ДЕМОНСТРАЦИЕЙ ОПЫТОВ ПО ТЕМЕ “Электролитическая диссоциация. Электрический ток в электролитах”

Цель урока: Разъяснить учащимся сущность электролитической диссоциации жидких проводников (электролитов) и физическую природу электропроводимости

СОДЕРЖАНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА:

Механизм электролитической диссоциации. Ионная связь и причины ее распада. Свободные носители заряда в электролитах. Поведение ионов в электрическом поле. Катод и анод. Гальванические элементы.

ДЕМОНСТРАЦИИ:

1. Пропускание электрического тока через дистиллированную воду, раствор сахара, раствор соли, кислоты и щелочи

2. Электролиз воды

3. Получение меди из раствора медного купороса электролизом

2 часть урока - ЛЕКЦИЯ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ С ДЕМОНСТРАЦИЕЙ ОПЫТОВ ПО ТЕМЕ “Вольтамперная характеристика жидких проводников. Особенности электропроводности электролитов”

СОДЕРЖАНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА:

Сравнение электропроводности металлов и электролитов. Вольтамперная характеристика электролита. Понятие ЭДС поляризации. Закон электролиза Фарадея. Вывод обобщенного закона электролиза

ДЕМОНСТРАЦИИ:

1. Снятие вольтамперной характеристики электролита

2. Изучение зависимости сопротивления электролита от концентрации раствора, площади сечения, расстояния между электродами, температуры

 

УРОК 3. Лабораторная работа по теме “Определение электрохимического эквивалента меди”

 Цель работы: Научиться измерять электрохимические эквиваленты веществ 

Оборудование: весы с разновесам0и, амперметр школьный, часы , выпрямитель на 4,5В 2А, реостат 6 Ом 2А, ключ, электролитическая ванна, раствор медного купороса, вентилятор- нагреватель, соединительные провода. 

Теоретическое обоснование:

Процесс, при котором молекулы солей, кислот и щелочей при растворении в воде или других растворителях распадаются на заряженные частицы (ионы), называется электролитической диссоциацией; получившийся при этом раствор с положительными и отрицательными ионами называется электролитом.

Если в сосуд с электролитом поместить пластины (электроды), соединенные с зажимами источника тока (создать в электролите электрическое поле), то положительные ионы будут двигаться к катоду, а отрицательные - к аноду. У электродов происходят окислительно-восстановительные реакции, при этом на электродах выделяются вещества - продукты реакции.

Для электролиза справедлив закон Фарадея: масса выделившегося вещества на электроде прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

m=kq (1) 

m=kIt (2)

k=m/(It) (3) 

где k - электрохимический эквивалент - количество вещества, выделенное при прохождении через электролит 1 Кл электричества. Для каждого вещества значение k есть постоянная величина.

Измерив силу тока в цепи, составленной по схеме, время его прохождения и массу выделившегося на катоде вещества, можно определить электрохимический эквивалент из первого закона Фарадея: 

Порядок выполнения работы:

1. Выбрать одну из медных пластин за катод.

2. Определить массу медной пластины (катода) до опыта.

3. Собрать цепь, указанную на рис. 1, аккуратно опустить электроды в раствор медного купороса и с помощью реостата установить силу тока 1 А.

4. Зафиксировать время t=10 мин.

5. Разомкнуть цепь, вынуть катодную пластинку, смыть с нее остатка раствора и высушить возле вентилятора.

6. Взвесить высушенную пластину с точностью до 10мг.

7. Значение тока, время опыта, увеличение в массе катодной пластину записать в таблицу и определить электрохимический эквивалент по формуле (3)

Результаты работы

№ п/п Масса катода Масса выделившегося вещества
m1- m2, кг		 Сила тока I, А Время t, с Электрохи-мический эквивалент
k, кг/Кл		 Погрешность измерений
до опыта
m1, кг		 после опыта
m2, кг		 абсолют.

 относит.
                 

УРОК 4. Компьютерное тестирование по теме “Электрический ток в жидкостях”

1. Какие частицы являются носителями электрического тока в жидкостях (растворах или расплавах веществ – электролитах)?

а) электроны

б) атомы

в) молекулы

г) ионы

д) протоны

2. Как называется процесс распада молекул вещества в водном растворе или расплаве?

а) ионизация

б) рекомбинация

в) диссоциация

г) гидратация

д) электролиз

3. Укажите причину распада молекул вещества в водном растворе (выберите наиболее правильный и полный ответ):

а) молекула воды полярна – диполь

б) тепловое движение молекул

в) существенны оба фактора: тепловое движение молекул и полярность молекул воды

г) химическая связь в молекулах кислот, солей и щелочей очень слабая

д) наличие электрического поля между электродами – катодом и анодом

4. Меняется ли проводимость электролита с ростом температуры?

а) проводимость увеличивается

б) проводимость уменьшается

в) проводимость не изменяется

г) это зависит от природы электролита

д) это зависит от формы сосуда, в который помещен электролит

5. В чем причина изменения сопротивления электролита при изменении температуры электролита?

а) меняется скорость движения ионов

б) меняется число диссоциирующих молекул

в) меняется число столкновений между ионами

г) меняется объем раствора

д) меняется диэлектрическая проницаемость

6. Какое из перечисленных явлений называется электролизом?

а) прохождение электрического тока через электролит

б) выделение вещества на электродах при прохождении электрического тока через электролит

в) диссоциация молекул вещества в электролите

г) молизация кислот, солей и щелочей

7. Выберите формулу закона электролиза:

а) m = б) m = kIt в) m = kq г) m = V д) m = cx

8. Какие физические величины связывает закон Фарадея?

а) массу вещества, выделившегося при электролизе, его электрохимический эквивалент, количество пропущенного через электролит электричества

б) химический эквивалент вещества, массу вещества

в) электрохимический и химический эквиваленты вещества

г) массу вещества, выделившегося при электролизе, его электрохимический эквивалент, силу электрического тока, время прохождения электрического тока через электролит

9. Электрический ток пропускают через растворы хлорида натрия и нитрата серебра. Какого металла при этом выделится больше?

а) больше выделится серебра

б) больше выделится натрия

в) серебра и натрия выделится одинаковое количество

г) точного ответа дать нельзя

10. Каков физический смысл числа Фарадея?

а) величина, численно равная заряду одного моля одновалентного иона

б) валентность химического элемента

в) отношение молярной массы к числу Авогадро

г) величина, численно равная отношению массы вещества к заряду

11. Как вычислить заряд одновалентного иона, используя число Фарадея и число Авогадро?

а) число Фарадея умножить на число Авогадро

б) число Фарадея разделить на число Авогадро

в) число Авогадро разделить на число Фарадея

г) число Авогадро умножить на число Фарадея

д) этих чисел недостаточно для определения заряда одновалентного иона

12. В электролитическую ванну поместили медную пластинку, служащую анодом. Пластинка покрыта воском, на котором нацарапан рисунок. Что получится после пропускания электрического тока через электролит и последующего удаления воска с поверхности пластинки?

а) никаких изменений на пластинке заметно не будет

б) по контуру рисунка будет выпуклость, так как в этих местах выделилась при электролизе медь

в) контур рисунка исчезнет, так как в углублениях отложилась медь

г) глубина контура рисунка увеличится, так как будет происходить анодное растворение меди

д) вся пластинка растворится

УРОК 5. Тема: “Решение комплексных задач с выбором уровня сложности”

1.  При электролизе раствора серной кислоты за время t = = 50 мин выделился водород массой m = 3 * 10-4 кг. Определите количество теплоты, выделившееся при этом в растворе электролита, если его сопротивление R = 0,4 Ом, а электрохимический эквивалент водорода k = 10-8 кг/Кл.

2.  Три электролитические ванны соединены так, как показано на рисунке 3.67. В двух из них имеется раствор AgN03, а в третьей — раствор CuS04. Сколько серебра выделилось в первой ванне, если во второй выделилось m2 = 60,4 мг серебра, а в третьей - m3 = 41,5 мг меди? Электрохимический эквивалент серебра kc= 1,118 мг/Кл, меди - kм = 0,329 мг/Кл.

3. Чему равна масса серебра, выделившегося за 1 ч при электролизе раствора AgN03? Сопротивление раствора электролита 1,2 Ом, напряжение на зажимах ванны 1,5 В, а электродвижущая сила поляризации 0,8 В.

4. При электролизе положительные и отрицательные ионы непрерывно нейтрализуются на соответствующих электродах. Почему концентрация ионов в растворах электролитов поддерживается на постоянном уровне? В каких участках раствора происходит пополнение убыли ионов?

5. Полная плотность тока в растворах электролитов определяется как сумма плотностей двух токов — плотности тока положительных ионов и плотности тока отрицательных ионов: j = e(n+v+ + n_v_),где е - модуль заряда иона, n и v с соответствующими индексами - концентрации и скорости положительных и отрицательных ионов. Почему же масса вещества, выделившегося, к примеру, на катоде, считается пропорциональной полной плотности тока, а не плотности тока еn+v+?

6.  При никелировании детали в течение 2 ч на ней отложился слой никеля толщиной d = 0,03 мм. Электрохимический эквивалент никеля k = 3 * 10-7 кг/Кл. Плотность никеля = 8,9 * 103 кг/м3. Определите плотность тока при электролизе.

7.  При электролизе за 20 мин при силе тока 2,5 А на катоде выделилось 1017 мг двухвалентного металла. Какова его относительная атомная масса?

Литература

  1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л., Физика для средних специальных учебных заведений. Издание четвёртое, исправленное. Москва “Наука ” 1984. [2] 
  2. П.И. Самойленко А. В. Сергеев Физика. Издательский центр “Академия ” 2002. [1]
  3. Физика. Электродинамика. 10-11 кл. Профильный уровень : учеб.для общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков, Б.А. Слободсков. - 11-е изд., стереотип. - М. : Дрофа, 2011.

Источники.

  1. http://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex
  2. http://freeref.ru/wievjob.php?id=773237
  3. https://yandex.ru/images?uinfo=sw-1366-sh-768-ww-1349-wh-664-pd-1-wp-16x9_1366x768
  4. https://yandex.ru/images?uinfo=sw-1366-sh-768-ww-1349-wh-664-pd-1-wp-16x9_1366x768-lt-42